一种天然矿物材料及其在吸附分解甲醛和空气净化中的应用制造技术

本发明专利技术涉及一种天然矿物材料及其在吸附分解甲醛和空气净化中的应用，属于化学催化分解技术领域。该天然矿物材料为含锰钾矿粉末，其中锰含量为40‑55wt％，所述含锰钾矿粉末的粒度为60‑200目；由天然锰矿石经过破碎和重选得到。该天然矿物材料可应用于吸附分解甲醛和空气净化。本发明专利技术主要利用天然无机矿物有效、持续快速吸附分解室内空气中的甲醛污染；工艺简单、成本低廉、能高效地清除甲醛及其他挥发性有机物(TVOC)，所含成分无毒环保；可广泛适用于家庭、学校、商场、办公场所等室内环境。

【技术实现步骤摘要】
一种天然矿物材料及其在吸附分解甲醛和空气净化中的应用
本专利技术涉及一种天然矿物材料及其在吸附分解甲醛和空气净化中的应用，具体为一种采用天然矿物材料吸附分解甲醛和空气净化的方法，属于化学催化分解
，特别是环境空气中甲醛及TVOC等污染物分解

技术介绍
TVOC(TotalVolatileOrganicCompounds，总挥发性有机化合物)是一类重要的空气污染物，是威胁人们健康的“隐形杀手”，其毒性、刺激性、致癌性和特殊的气味性会对人体产生急性损害。其中甲醛来源广泛、毒性大、污染时间长，已经成为首要室内污染物，并已被世界卫生组织(WHO)认定为一类致癌物和致畸物质(侯森等，2019；Zhengetal.,2020；Adelodunetal.,2020)。我国的室内甲醛污染具有普遍性，且释放周期长达3-15年。目前室内空气污染治理的手段有开窗通风、温湿度控制、新风系统、栽种绿植等，但是由于气候、季节以及装修时间的限制，处理不当不仅不能达到去除效果，还会造成二次污染，而绿植对甲醛的去除效果微乎其微(中国质量检验协会，2018)。对于市面上现有的除醛产品，采用物理吸附的活性炭吸附量有限，存在吸附饱和的问题；化学吸附清除剂中很可能含有具有毒性的化合物，长期使用影响身体健康(如专利CN102836519A含有肼类化合物)；光触媒在自然光或无光条件下去除效果有限，具有局限性(如专利CN110449026A中二氧化钛是紫外光催化剂)；贵金属除醛剂造价较高(如专利CN109966916A采用纳米铂金水溶液光触媒)等等。因此，如何对现有市场上甲醛清除剂的不足之处进行改进，找到一款高效、环保、经济的甲醛清除剂，已经成为技术人员需要解决的难题。根据2019年USGS最新统计数据，我国已探明锰矿(金属)储量为5400万吨，占全球总储量的6.65％。锰钾矿是一种常见的锰氧化物，我国南方锰矿床中锰钾矿是主要的氧化锰矿物之一。目前，国内外对于锰氧化物吸附分解甲醛的研究大都是人工合成产物，利用天然锰钾矿对甲醛的催化分解未见报道。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种专门针对室内常温环境下甲醛污染处理而开发的环保型、特效型治理的天然矿物材料和新方法。本专利技术通过研究发现锰钾矿作为天然锰氧化物矿物材料，具有在室温条件下吸附分解甲醛的性能。作为主要锰氧化物之一的锰钾矿开发新型天然环保材料，具有工艺简单、成本低廉的特点，既解决室内空气污染的实际问题，又可以提高天然矿物的附加值，带动经济发展。一种天然矿物材料，该天然矿物材料为含锰钾矿粉末，其中锰含量为40-55wt％，所述含锰钾矿粉末的粒度为60-200目，由天然锰矿石经过破碎和重选得到。所述的含锰钾矿粉末中，锰钾矿含量为50-65wt％。所述含锰钾矿粉末包含锰氧化物矿物、铁氧化物矿物等其他天然矿物粉末，以天然锰钾矿为主要成分。重选后含锰钾矿粉末的具体矿物组成及质量百分比含量为：锰钾矿50-65％，钡硬锰矿5-10％，锰钾矿与石英连生体10-25％，褐铁矿10-15％，铁锰氧化物4-10％，石英5-15％，其他1-5％。本专利技术用到的天然矿物材料的主要矿物成分，锰钾矿理想分子式为KxMn8-xO16，具体可为K0～2(Mn4+Mn3+/Mn2+)8O16，具有一维延伸锰氧化物八面体分子筛2×2型孔道结构(OMS-2)。上述天然矿物材料的制备(筛选)方法，包括如下步骤：(1)将天然锰矿石清洗后，采用破碎机粉碎，获得60-200目的锰矿石粉末；锰矿石粉末为石英、锰氧化物矿物和铁氧化物矿物的混合物，锰含量为25-30wt％，其中主要的锰矿物为锰钾矿(XRD)；(2)将步骤(1)中得到的粒状天然矿物粉末放入淘沙盘中，利用被分选矿物颗粒间相对密度、粒度、形状的差异及其在水中运动速率和方向的不同，手工重选出锰含量为40-55wt％的含锰钾矿粉末，其中锰钾矿含量在50-65wt％；(3)将通过重选得到的锰含量40-55wt％的含锰钾矿粉末自然晾干。步骤(1)中，破碎机可采用颚式破碎机和/或双辊式破碎机。锰氧化物矿物是指天然锰矿石中的含锰的氧化物矿物，锰钾矿是锰氧化物矿物的一种。含锰钾矿天然矿物材料是指以天然锰钾矿为主要成分，由锰氧化物矿物及其他矿物种组成的天然矿物粉末。未经重选处理原矿粉末的具体矿物组成及质量％含量为：锰钾矿15-30％，钡硬锰矿1-5％，锰钾矿与石英连生体25-40％，褐铁矿5-15％，铁锰氧化物5-10％，石英20-40％，其他1-5％。本专利技术筛选的天然矿物材料可以用于吸附分解甲醛和空气净化。一种天然矿物材料在吸附分解甲醛和空气净化中的应用，本专利技术的方法包含以下步骤：(1)将含锰钾矿粉末平铺在含甲醛和/或含TVOC气体的空间内0-20小时，优选10秒-20小时；从放进密闭容器内，十秒内仪器能检测到度数开始，放置含锰钾矿粉末和没有放置粉末的容器内仪器度数就开始不同，有含锰钾矿粉末的容器内仪器测量到的甲醛和TVOC度数明显上升较慢。(2)将吸附后的含锰钾矿粉末取出，放于通风处静置5小时以上，进行解附后，可回收重复利用。本专利技术天然矿物材料对甲醛和/或TVOC气体的吸附分解和解附均在室温，例如在温度为21-28℃条件下进行。技术原理：锰的氧化物作为最常用的过渡金属氧化物之一，近年来成为环境治理以及能源领域中的研究热点。锰钾矿具有[MnO6]八面体共边形成双链的2×2孔道结构，被称为锰氧化物八面体分子筛OMS-2，具有较大的比表面积、较强的吸附性能、较好的氧化还原能力以及较好的低温催化活性，将锰钾矿放入含甲醛污染物的环境内，锰钾矿催化剂表面被空气中的氧气氧化形成表面吸附氧，吸附氧与催化剂捕捉到的甲醛分子发生催化反应，生成二氧化碳和水。有益效果：(1)制备工艺简单，简单破碎、重选即可获得具备环境净化能力的含锰钾矿天然矿物材料，经该工艺处理过的天然矿物粉末，与不经处理的原石矿物(不经处理的原石锰钾矿含量较低且块状样品比表面积小，虽然有吸附甲醛性能，但是比处理过后的性能差)相比，甲醛、TVOC去除率均可提高30％左右，且该材料组分均为安全无毒的天然矿物原料。(2)使用方便，不受温度及光照的限制，在室温及自然光条件下就可吸附、分解空气内的甲醛和TVOC；使用安全，可将甲醛分解为二氧化碳和水，不产生二次污染物。(3)可重复使用，当甲醛吸附分解性能下降时，简单通风光照即可恢复活性，再生过程无二次污染物生成，居家必备，经济环保。(4)价格低廉，效果明显。氧化锰矿价格低廉，每吨原矿不超过1000元，经破碎、重选后获得的含锰钾矿天然矿物粉末与市售合成锰氧化物甲醛分解毡相比，具有相近或者更高的甲醛、TVOC去除率(实验样品：含锰钾矿天然矿物粉末锰含量48％，锰钾矿含量54％，质量35g；甲醛分解毡为100％合成水钠锰矿，质量16g；310分钟后，含锰钾矿天然矿物粉末去除率超过市售合成锰氧化物甲醛分解毡)。本专利技术主要本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种天然矿物材料，其特征在于：该天然矿物材料为含锰钾矿粉末，其中锰含量为40-55wt％，所述含锰钾矿粉末的粒度为60-200目；由天然锰矿石经过破碎和重选得到。/n

【技术特征摘要】
1.一种天然矿物材料，其特征在于：该天然矿物材料为含锰钾矿粉末，其中锰含量为40-55wt％，所述含锰钾矿粉末的粒度为60-200目；由天然锰矿石经过破碎和重选得到。


2.根据权利要求1所述的天然矿物材料，其特征在于：所述的含锰钾矿粉末中，锰钾矿含量为50-65wt％。


3.根据权利要求2所述的天然矿物材料，其特征在于：所述的含锰钾矿粉末的矿物组成及质量百分比含量为：锰钾矿50-65％，钡硬锰矿5-10％，锰钾矿与石英连生体10-25％，褐铁矿10-15％，铁锰氧化物4-10％，石英5-15％，其他1-5％。


4.权利要求1-3中任一项所述的天然矿物材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将天然锰矿石清洗后，采用破碎机粉碎，获得60-200目的锰矿石粉末；锰矿石粉末为石英、锰氧化物矿物和铁氧化物矿物的混合物，锰含量为25-30wt％，其中主要的锰矿物为锰钾矿；
(2)将步骤(1)中得到的粒状天然矿物粉末放入淘沙盘中，利用被分选矿物颗粒间相对密度、粒度、形状的差异及其在水中运动...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵立群，牛斯达，牛向龙，
申请(专利权)人：中国冶金地质总局矿产资源研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11